智能火灾监测报警系统设计

朱 会 东



智能火灾监测报警系统设计

朱 会 东

朱会东(1979—),男,讲师,研究方向为机械电子工程。

(阜新高等专科学校, 辽宁 阜新123000)

摘要：基于AT89C51单片机控制,设计了一种智能火灾监测报警系统,着重阐述了系统的结构组成、工作原理及软件设计流程。指出智能火灾监测报警系统具有对烟浓度和温度的监测功能,能够自动监测火灾的发生,并自动报警和联动灭火,具有成本低、可靠性好、兼容性好等优点。

关键词：智能监测; 单片机; 火灾报警; 硬件设计; 软件设计

0引言

随着经济的发展,消防安全越来越凸显出其重要性,火灾报警器在消防工作的作用尤为重要。目前我国的火灾自动报警控制系统的智能化程度越来越高[1],但国内厂家多偏重大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所应用的大型火灾报警系统的研发,采用集中区域报警控制方式,系统复杂,成本较高。在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位,需要设置一种单一或区域联网、廉价且实用的火灾自动探测报警装置。因此,研制一种结构简单的语音数字联网火灾报警器非常必要。

以往的火灾报警系统经常会出现总线上的数据冲突、长距离数据传输的不可靠以及不易扩展等问题。随着近年来一些低价格、高性能的单片机被广泛应用于各个电路系统,尤其是电路控制等方面,这些问题都得到了一定的改善。

1系统总体设计

1.1　设计要点

火灾自动报警系统包括智能型、全总线型以及综合型等,这些系统不分区域报警系统或集中报警系统,可达到对整个火灾自动报警系统进行监视的目的。在实际工程中应用较广的是传统型区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统。安装在保护区的探测器不断地向所监视的现场发出巡检信号,监视现场的烟雾浓度、温度等,并不断反馈给报警控制器。控制器将接收到的信号与内存的正常整定值比较,从而判断是否发生火灾。当发生火灾时,探测器发出声光报警,显示火灾区域或楼层房号的地址编码,并打印报警时间、地址等;同时向火灾现场发出警铃报警,在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域同时发出报警信号,以显示火灾区域。各应急疏散指示灯亮,指明疏散方向。

1.2　系统总体设计方案

智能火灾监测报警系统主要由单片机控制器系统、火灾探测器系统、声光报警系统、消防联动系统、显示部分和键盘系统和直流稳压电源系统等组成。系统总体设计方案如图1所示。

图1　火灾自动报警系统原理图

外接的火灾探测器(如感烟探测器和感温探测器)将检测到的烟雾信号传送给单片机,经单片机处理后发出相关的声光报警(黄灯亮)信号。工作人员查看是否误报,若误报,则用复位方式取消报警,若发生火灾, 则按下确认火灾按钮,控制器自动发出火灾信号, 控制卷帘门、灭火器、拨打报警电话,并发出相应的火灾声光报警(红灯亮)信号。当有烟且温度超过相应的数值时,直接发出火灾报警,在火灾前期即可检测,同时加入了温度监测,使火灾报警更加智能。通过该系统能及早发现火情,尽可能减少火灾带来的损失。

2系统硬件设计

2.1　控制器的电路设计

主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器[2]。单片机对复位电路的基本要求是在单片机上电时能可靠复位,在下电时能防止E2PROM中的数据被修改。另外,单片机系统在工作时,由于干扰等各种因素的影响,有可能出现死机,导致单片机系统无法正常工作。为此,除了充分利用单片机本身的看门狗定时器(有些单片机无看门狗定时器)外,还需外加看门狗电路。有些单片机系统还要求在掉电瞬间能将重要数据保存下来,因而此类单片机系统需要配置电源监控电路,一旦发生掉电能及时告知单片机。MAX813L刚好能满足这些要求,它是一款体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片,提供高电平复位信号。主控制器结构如图2所示。

2.2　检测电路

检测电路是火灾自动报警系统的传感部分,能对火灾参数(如烟雾、温度、火焰辐射、气体浓度等)响应,并自动产生火灾报警信号,或向控制和指示设备发出现场火灾状态信号。火灾探测器是系统中的关键元件,其稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标受到诸多因素的影响。因此,火灾探测器的选择和布置应严格按照规范进行。

烟雾探测器监测火灾时能及时地发现火灾前期的烟雾,但容易产生误报。温度探测器可以检测火灾发生时的温度,但不能及时发现火情。

图2　单片机与看门狗组成的控制电路图

离子感烟探测器对探测器内电离电流的燃烧产物较为敏感。光电式感烟探测器对影响红外、可见和紫外电磁波频谱区辐射的吸收或散射的燃烧产物较为敏感,利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测,并及时发出报警信号。红外光束线性火灾探测器响应某一连续线路附近的火灾产生的物理和(或)化学现象。红外光束线性感烟火灾探测器应用烟粒子吸收或散射红外线光束强度发生变化的原理工作,具有保护面积大、安装位置较高、在相对湿度较高和强电场环境中反应速度快等优点,适用于较大空间的场所,尤其适用于难以使用点型探测器甚至根本不可能使用点型探测器的场所。

差温探测器当火灾发生时室内温度升高速率达到预定值时响应,如膜盒差温探测器、电子差温探测器、空气管线型差温探测器。差定温组合式探测器将差温式、定温式两种感温探测元件组合在一起,同时兼有两种功能,分为机械式差定温探测器、电子式差定温探测器。感温探测器的灵敏度分为三级,定温、差定温探测器灵敏度级别标志如下:一级灵敏度(62 ℃),绿色;二级灵敏度(70 ℃),黄色;三级灵敏度(78 ℃),红色[3]。

综上所述,本文选择比较简单和实用的易熔金属型定温探测器。

3系统软件设计

在智能火灾检测报警系统中,硬件设备的功能是由软件来定义的,如系统要控制声光报警及联动灭火,通过单片机内部程序来完成控制功能,通过软件定义按钮功能,编程完成LCD液晶显示等。

系统软件设计主要完成系统的初始化功能(包括对AT89C51、MAX813L的初始化设置),并采集温度和烟雾浓度数据,调用存储子程序完成对数据的存储、显示,必要时调用自动拨号子程序及发出报警信号等。系统的软件程序主要由火灾监测控制程序、自动报警控制程序、自动/手动灭火控制程序、显示程序等组成。程序流程图如图3所示。

4结语

智能火灾监测与报警系统具有对烟浓度和温度的监测功能,感烟火灾探测器能及时发现火灾,手动报警可以确认是否发生火灾,当探测器故障时手动报警,感温火灾探测器使系统在火灾发生时自动报警和灭火。当火警信号产生时,控制器控制蜂鸣报警, LED自动发出声光报警, 同时自动开启全自动防火卷闸门、自动拨打火灾报警电话和自动喷淋喷水灭火。该系统主要用于监测区域内的物品燃烧时会产生烟雾颗粒的场合。

图3　程序流程图

参考文献

[1]宋彦雄,蔡岱贤.基于单片机的楼宇火灾智能报警系统设计[J].机电工程技术,2011(1):45-48.

[2]杨宁.单片机与控制技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[3]金发庆.传感器技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2004.

[4]高晓明,万旻开.卷烟厂火灾报警系统设计[J].现代建筑电气,2015,6(12):51-53.

Design of Intelligent Fire Alarm SystemZHUHuidong

(Fuxin Higher Vocational School, Fuxin 123000, China)

Abstract：This paper introduced a kind of intelligent fire detection alarm system based on AT89C51 single-chip microcomputer,and emphatically expounded the structure composition,working principle and software design process.It is pointed out that the intelligent fire detection alarm system has the monitoring functions of smoke concentration and temperature,and can automatically monitor the occurrence of fire,which realizes the fire alarm and linkage fire extinguishing.It has the advantages of lower cost,better reliability,good compatibility,and so on.

Key words:intelligent monitoring; single chip microcomputer; fire alarm; hardware design; software design

收稿日期：2015-04-16

中图分类号：TU 892

文献标志码：B

文章编号：1674-8417(2016)01-0014-03